Блок индикации. 
Обоснование и расчеты по организации производства сигнализатора утечки бытового газового вещества

Блок индикации реализуем на ЖК-индикаторе ИЖЦ21−4/7 [12]. Индикатор представляет собой герметическую структуру, в которой промежуток между электродом подложки и электродом сегмента заполнен специальной рабочей жидкостью, молекулярные структуры которой способны вращаться в электрическом поле. Для начала переориентации молекул достаточно очень небольшой разности потенциалов, обычно менее одного вольта.

Рис. 2.3 Схематическое строение простейшего ЖК-индикатора

Электроды подложки и сегментов стараются сделать максимально прозрачными, напыляя тончайший проводящий слой на стекло. Чаще всего используются соединения титана и, в последнее время, проводящие полимеры.

В исходном состоянии, когда сегмент не активизирован, свет проходит через первую поляризующую пленку, наклеенную на внешнюю поверхность стекла и поляризуется. Далее он проходит через слой неактивной рабочей жидкости, которая разворачивает плоскость поляризации светового потока на 90°.

Благодаря тому, что плоскость поляризации светового потока развернулась, он проходит через вторую поляризующую пленку, отражается от светоотражателя на задней стенке и возвращается обратно. Когда к электродам приложено напряжение, рабочая жидкость активируется. В этом случае свет, пройдя через первую поляризующую пленку, поляризуется. Но при прохождении через активированную рабочую жидкость плоскость поляризации светового потока не разворачивается. Поэтому, достигнув задней поляризующей пленки, свет не может через нее проникнуть и отразиться от отражателя. В этом месте мы видим черный сегмент. Иначе говоря, чтобы сегмент стал активным, почернел, на него надо подать напряжение.

К сожалению, в использовании ЖК-индикаторов есть важные ограничения, порождающие большие сложности. Самое главное из них состоит в том, что категорически запрещается прикладывать к электродам напряжение постоянной полярности. В этом случае начнется электролитическая диссоциация рабочей жидкости и, в некоторых случаях, разрушение напыленных проводников. Индикатор очень быстро выйдет из строя. Поэтому применяют чередование высокого и низкого уровней на подложке и электродах. При этом уровень на активном сегменте меняется в противофазе к уровню подложки, благодаря чему постоянно инвертируется полярность приложенного к электродам напряжения. На неактивном сегменте уровень переключается синфазно с подложкой, поэтому для него разность потенциалов всегда равна нулю.

На частоту изменения уровней тоже есть ограничения. С одной стороны, частота не должна быть слишком маленькой, чтобы за один полупериод не успевала начаться диссоциация. С другой стороны, рабочая жидкость обладает инерционностью и при слишком высокой частоте ее молекулы не будут успевать переориентироваться в электрическом поле. Обычно достаточно, чтобы частота переключений составляла 100.200 Гц. Для уменьшения числа выводов сегменты соединяют в группы, применяют несколько подложек и/или подают на них ступенчатое напряжение с несколькими уровнями. При этом напряжение на сегментах также меняется ступенчато, по достаточно сложному принципу, который невозможно реализовать простейшими методами. В этом случае применяют либо микроконтроллеры со встроенными драйверами ЖКИ, либо специальные микросхемы контроллеров ЖКИ.

ЖК индикаторы нормально работают при подаче на выводы ТТЛ-уровней, поэтому выводы индикатора можно подключать прямо к выводам микросхем. Количества выводов микроконтроллера PIC16C745 недостаточно для подключения индикатора напрямую. Поэтому принято решение выводить данные в последовательном виде и преобразовывать их в параллельный вид при помощи последовательно-параллельных сдвиговых регистров КР1533ИР24. В этом случае для вывода информации задействованы только два вывода микроконтроллера: вывод данных и вывод строба. Еще один вывод используется для управления уровнем на подложке индикатора.

Таблица 2.3.1. Взаимное соответствие битов выходного кода и сегментов знакоместа.

Рисунок 2.4 Цоколевка индикатора ИЖЦ21−4/7

Первым выгружается старший бит первого знакоместа, и далее по порядку. После выгрузки всех восьми бит первого знакоместа выгружается старший бит второго знакоместа и т. д. Таким образом, старший бит первого знакоместа последовательно проходит по всем регистрам, пока не достигнет своего разряда. Благодаря инерционности ЖКИ, мерцания сегментов во время загрузки не заметно.